KR102458594B1 - Amtec having detachable unit cells - Google Patents

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KR102458594B1
KR102458594B1 KR1020150160503A KR20150160503A KR102458594B1 KR 102458594 B1 KR102458594 B1 KR 102458594B1 KR 1020150160503 A KR1020150160503 A KR 1020150160503A KR 20150160503 A KR20150160503 A KR 20150160503A KR 102458594 B1 KR102458594 B1 KR 102458594B1
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서민수
김선동
이욱현
우상국
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한국에너지기술연구원
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators
    • H01L35/02—

Abstract

본 발명은 단위전지들이 간단하게 탈부착식으로 결합될 수 있는 열전변환모듈를 제공하는 것이 목적이다.
이를 위하여, 둘 이상의 단위전지; 및 상기 단위전지를 탈착식으로 수용하는 수용체를 포함하는 열전변환모듈로서, 상기 수용체가, 둘 이상의 단위전지 삽입홈을 포함하는 몸체; 상기 몸체를 가열하기 위한 가열부; 및 상기 삽입홈에 삽입될 단위전지로부터의 전기를 인출하기 위해 상기 삽입홈으로부터 연장되는 리드선을 포함한다.
이러한 특징에 의하면, 단위전지들이 간단하게 탈부착식으로 결합될 수 있어, 열전변환모듈의 유지 및 보수가 간편해지고, 고른 열전달에 따라 열구배가 안정적으로 되기 때문에, 열효율이 향상되어 각 단위전지의 출력이 종래보다 우수하게 된다. An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module in which unit cells can be simply detachably coupled.
To this end, two or more unit cells; And a thermoelectric conversion module comprising a receptor for accommodating the unit cells in a detachable manner, wherein the receptor includes: a body including two or more unit cell insertion grooves; a heating unit for heating the body; and a lead wire extending from the insertion groove to draw electricity from the unit cell to be inserted into the insertion groove.
According to these features, the unit cells can be simply attached and detached, so that the maintenance and repair of the thermoelectric conversion module is simplified. will be better than before.

Figure 112015111435522-pat00001
Figure 112015111435522-pat00001

Description

단위전지 탈착식 열전변환모듈{AMTEC HAVING DETACHABLE UNIT CELLS}Unit cell detachable thermoelectric conversion module {AMTEC HAVING DETACHABLE UNIT CELLS}

본 발명은 알칼리금속을 작동유체로 하는 열전변환모듈(AMTEC; Alkali Metal Thermal to Electric Converter)에 대한 것이며, 보다 구체적으로는 다수의 단위전지를 손쉽게 탈부착시킬 수 있어 유지, 보수가 용이하고 출력 성능이 향상된 열전변환모듈에 관한 것이다.The present invention relates to an Alkali Metal Thermal to Electric Converter (AMTEC) using alkali metal as a working fluid. It relates to an improved thermoelectric conversion module.

알칼리금속을 작동유체로 하는 열전변환 기술은 열에너지를 전기에너지로 정적 변환하는 기술로서, 내부 작동유체인 금속 나트륨 등의 액체가 고온의 열원에 의해 고압 영역인 증발부에서 증기 상태로 변하여 나트륨 이온만 베타알루미나 고체전해질(BASE, Beta Alumina Solid Electrolyte)을 통과하고, 자유전자들은 애노드로부터 전기 부하로 통과하여 캐소드로 돌아와서 저압영역의 BASE 표면에서 나오는 이온과 재결합함으로서 전기를 발생하는 원리이다. Thermoelectric conversion technology using alkali metals as working fluids is a technology that statically converts thermal energy into electrical energy. Liquids such as metallic sodium, which are internal working fluids, change to vapor state in the high-pressure area, the vaporization part, by a high-temperature heat source, so that only sodium ions are beta. It is the principle of generating electricity by passing through alumina solid electrolyte (BASE, Beta Alumina Solid Electrolyte), free electrons passing from the anode to the electrical load, returning to the cathode, and recombination with ions from the BASE surface in the low-pressure region.

금속유체의 증발부와 응축부는 각각 900~1100K와 500~650K에서 나트륨의 증발과 응축에 의해 열을 직접 전기로 변환하며 열전변환효율은 35% 이상도 가능한 특징을 갖고 있다. The evaporation and condensing sections of the metallic fluid directly convert heat into electricity by evaporation and condensation of sodium at 900~1100K and 500~650K, respectively, and the thermoelectric conversion efficiency can be over 35%.

이와 같이 알칼리금속을 작동유체로 하는 열전기변환모듈(이하 간단히 열전변환모듈라 한다)기술은 터빈과 같은 구동부품이 없이 알칼리금속의 이온만 통과시키면서 전기를 발생시키는 BASE의 특성을 이용하는 기술이며, 공급열원으로는 화석연료를 포함하여 고온폐열, 태양에너지, 방사성 동위원소, 원자로 등의 다양한 열원을 직접 전기로 변환하는 장점을 갖고 있다.As described above, the thermoelectric conversion module (hereinafter simply referred to as thermoelectric conversion module) technology using alkali metal as the working fluid is a technology that uses the characteristics of the base to generate electricity while passing only alkali metal ions without driving parts such as turbines. It has the advantage of directly converting various heat sources such as high-temperature waste heat, solar energy, radioactive isotopes, and nuclear reactors, including fossil fuels, into electricity.

특히 단위질량당 출력밀도가 태양광 발전, 스털링 엔진의 약 2~3배 정도이므로 우주용, 군사용 및 고온폐열을 이용한 전원기술에 광범위하게 응용이 가능하고 액체금속의 순환을 위한 모세관윅을 채용함으로써 기계적인 요소가 불필요하므로 장치의 안정성이 큰 장점도 있다. 또한 열병합과 복합이용 시에는 70% 이상의 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있어 무소음 발전 및 에너지 유효 이용률의 증대와 피크부하 저감 등에 활용이 큰 기술이라고 할 수 있다.In particular, since the power density per unit mass is about 2 to 3 times that of solar power generation and Stirling engines, it can be widely applied to space, military, and power supply technologies using high-temperature waste heat. Since no mechanical elements are required, there is also a great advantage in the stability of the device. In addition, when combined heat and power use, energy use efficiency can be improved by more than 70%, so it can be said that it is a technology that is widely used for noiseless power generation, increase of effective energy utilization rate, and peak load reduction.

이러한 열전변환모듈에서는 BASE, 캐소드, 애노드 등을 포함하는 단위전지가 중요한 구성요소이며, 전체 열전변환모듈는 필요에 따라 이들 단위전지를 여러 개 연결하여 장치를 구성할 수 있다. 하지만, 종래에는 단위전지를 용이하게 연결하는 장치가 없었으며, 또 BASE셀 하나의 파손이 전체 시스템 파손으로 연결되는 불안정한 구조였다. 즉 단위전지 중 일부에 문제가 생겨 전체 시스템에 영향을 미칠 경우, 이를 용이하게 유지, 보수할 수 있는 방법이 없었다. In such a thermoelectric conversion module, a unit cell including a BASE, a cathode, an anode, etc. is an important component, and the entire thermoelectric conversion module can configure a device by connecting several of these unit cells as needed. However, there was no device for easily connecting unit cells in the prior art, and it was an unstable structure in which damage to one BASE cell leads to damage to the entire system. That is, when a problem occurs in some of the unit cells and affects the entire system, there is no easy way to maintain and repair it.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단위전지들이 간단하게 탈부착식으로 전기적으로 연결되는 모듈전지가 있는 열전변환모듈를 제공하는 것이 목적이다. An object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module having a module battery to which unit cells are electrically connected in a simple and detachable manner to solve the problems of the prior art.

또 본 발명은 일부 단위전지에 문제가 생길 경우에도 손쉽게 유지, 보수가 가능한 열전변환모듈를 제공하는 것이 목적이다. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module that can be easily maintained and repaired even when a problem occurs in some unit cells.

또 본 발명은 열원에 부착함에 있어서, 열전도도가 제어 가능하고 정온 유지가 가능한 열전변환모듈를 제공하는 것이 목적이다. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module capable of controlling thermal conductivity and maintaining a constant temperature when attached to a heat source.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 아래와 같은 구성으로 이루어지는 열전변환모듈를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a thermoelectric conversion module having the following configuration.

둘 이상의 단위전지; 및 two or more unit cells; and

상기 단위전지를 탈착식으로 수용하는 수용체를 포함하며,and a receptor for removably accommodating the unit cell,

상기 수용체는, The receptor is

둘 이상의 단위전지 삽입홈을 포함하는 몸체; a body including two or more unit cell insertion grooves;

상기 몸체를 가열하기 위한 가열부; 및 a heating unit for heating the body; and

상기 삽입홈에 삽입될 단위전지로부터의 전기를 인출하기 위해 상기 삽입홈으로부터 연장되는 리드선을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈. and a lead wire extending from the insertion groove to draw electricity from the unit cell to be inserted into the insertion groove.

몸체의 형상은 특히 한정되지 않고 삽입홈을 구비할 수 있는 형태이면 되는데, 고른 열전달을 위해 원형인 것이 특히 바람직하다. 몸체의 재질은 열전도도가 높고 700-1,000℃를 유지할 수 있는 금속이나 세라믹이 바람직하다. The shape of the body is not particularly limited and may be any type that can include an insertion groove, but it is particularly preferable to have a circular shape for even heat transfer. The material of the body is preferably a metal or ceramic which has high thermal conductivity and can maintain 700-1,000℃.

삽입홈의 개수는 열전변환모듈에서 요구되는 설계에 따라 적절히 설정할 수 있다. 따라서 필요에 따라 장치를 용이하게 소형화 또는 대형화할 수 있다. The number of insertion grooves can be appropriately set according to the design required by the thermoelectric conversion module. Therefore, it is possible to easily downsize or enlarge the device as needed.

각 삽입홈의 크기는 단위전지가 삽입될 수 있도록, 단위전지 외경보다는 커야 한다. 또 몸체로부터 단위전지 컨테이너 외벽으로의 열전달을 용이하게 하기 위해, 삽입홈의 내경은 단위전지 컨테이너 외경과 거의 비슷하게 형성되는 것이 바람직하다. The size of each insertion groove should be larger than the outer diameter of the unit cell so that the unit cell can be inserted. In addition, in order to facilitate heat transfer from the body to the outer wall of the unit cell container, the inner diameter of the insertion groove is preferably formed to be substantially similar to the outer diameter of the unit cell container.

몸체에는 300℃ 이상 어떠한 열원에서도 정온유지가 되도록 설계되며, 가열부가 결합된다. 몸체는 단위전지로 열을 전달하기 위한 것으로서 재질이나 형상은 특히 한정되지 않으며, 몸체 하부에 위치할 수도 있다. 바람직한 실시예에서 가열부는 몸체를 둘러싸는 원통형으로 형성된다. 가열부는 상부 가열부와 하부 가열부로 구성된다. 하부 가열부는 상대적으로 고온으로 가열을 하여 단위전지에서 작동유체가 증발되도록 하며, 상부 가열부는 상대적으로 저온을 유지하도록 하여, 후술할 단위전지 내의 작동유체가 응축되도록 한다. 하부 가열부는 열전도도가 높은 소재로 이루어지는 반면, 상부 가열부는 열전도도가 낮은 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. The body is designed to maintain a constant temperature in any heat source above 300℃, and a heating part is incorporated. The body is for transferring heat to the unit cell, and the material or shape is not particularly limited, and may be located under the body. In a preferred embodiment, the heating element is formed in a cylindrical shape surrounding the body. The heating unit is composed of an upper heating unit and a lower heating unit. The lower heating unit heats to a relatively high temperature so that the working fluid is evaporated in the unit cell, and the upper heating unit maintains a relatively low temperature so that the working fluid in the unit cell, which will be described later, is condensed. It is preferable that the lower heating part is made of a material having high thermal conductivity, while the upper heating part is made of a material having low thermal conductivity.

상기 몸체에는 상기 단위전지의 애노드 및 캐소드와 전기적 연결을 위한 접속부가 더 포함될 수 있다. 접속부에는 리드선이 연결된다. The body may further include a connection part for electrical connection with the anode and the cathode of the unit cell. A lead wire is connected to the connection part.

리드선은 각 단위전지에서 발생된 전기를 외부로 전달하는 집전 매체로서의 역할을 한다. 리드선은 몸체 내부를 통해 연장되어 열전변환모듈 외부로 인출된다. 리드선의 재질은 특히 한정되지 않으며, 몸체와의 절연을 위해 피복되어 있다. 각 삽입홈에서 연장되는 리드선은 필요에 따라 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 병렬로 연결할 경우, 각 단위전지 중 일부에 문제가 생길 경우에도 전체 열전변환모듈는 정상적인 작동에 문제가 없다. The lead wire serves as a current collecting medium that transmits electricity generated by each unit cell to the outside. The lead wire extends through the inside of the body and is drawn out of the thermoelectric conversion module. The material of the lead wire is not particularly limited, and is coated for insulation from the body. Lead wires extending from each insertion groove may be connected in series or in parallel to each other as needed. When connected in parallel, even if a problem occurs in some of each unit cell, the entire thermoelectric conversion module has no problem in normal operation.

수용체에는 또한 각 단위전지의 정상작동을 확인할 수 있는 모니터링 수단이 형성될 수 있다. 모니터링 수단은 각 삽입홈에서 인출되는 리드선을 통한 전력을 확인함으로써, 어떤 삽입홈의 단위전지가 작동하지 않는지 파악할 수 있다. 구체적으로 각 단위전지간의 바이패스회로 또는 트랜지스터를 통하여 이루어질 수 있다.The receptor may also be provided with a monitoring means capable of confirming the normal operation of each unit cell. The monitoring means can determine whether the unit cell in which insertion groove is not operating by checking the power through the lead wire drawn out from each insertion groove. Specifically, it may be achieved through a bypass circuit or a transistor between each unit cell.

한편 단위전지는 지지체 내에 BASE, 애노드, 캐소드를 포함하는 BASE셀이 내장되고, 지지체가 수납되는 컨테이너 형태로 이루어지는 밀폐계로서 형성되며, 내부에서 작동유체가 한 사이클을 형성하는 완성된 하나의 전지로서 이루어진다. 따라서 작동유체는 단위전지 내부에서만 순환하므로 다른 단위전지 또는 수용체와 작동유체를 공유하지 않아도 된다. On the other hand, the unit cell is formed as a closed system in which the BASE cell including the BASE, the anode, and the cathode is embedded in the support, and is formed in the form of a container in which the support is accommodated. is done Therefore, since the working fluid circulates only inside the unit cell, it is not necessary to share the working fluid with other unit cells or receptors.

BASE에는 작동유체인 알칼리금속이 수용된다. BASE는 알칼리금속의 이온만 통과시키면서 전기를 발생시키는 역할을 한다. Alkali metal, which is a working fluid, is accommodated in the base. BASE plays the role of generating electricity while passing only alkali metal ions.

작동유체는 금속나트륨(Na)이 대표적이며, 그 밖에 칼슘, 칼륨, 리튬 등 다양한 알칼리금속을 사용할 수 있다. As the working fluid, metallic sodium (Na) is representative, and in addition, various alkali metals such as calcium, potassium, and lithium can be used.

애노드는 작동유체가 통과하면서 전자를 내어놓도록 해주며, 캐소드는 작동유체가 통과하면서 전자를 받도록 해준다. 본 발명에서는 작동유체가 액체 또는 기체인 경우 모두 적용 가능하며, 액체일 경우에는 애노드가 필요하지 않다. The anode allows the working fluid to release electrons as it passes, and the cathode allows the working fluid to accept electrons as it passes. In the present invention, both are applicable when the working fluid is a liquid or a gas, and an anode is not required when the working fluid is a liquid.

단위전지의 하부는 고온부로 형성되며, 상부는 저온부로 형성된다. 저온부에서는 BASE셀을 통과하여 나온 작동유체가 응축되며, 응축된 작동유체는 다음 사이클을 위해 다시 BASE셀 내로 공급된다.The lower part of the unit cell is formed as a high temperature part, and the upper part is formed as a low temperature part. In the low temperature part, the working fluid that has passed through the BASE cell is condensed, and the condensed working fluid is supplied back into the BASE cell for the next cycle.

BASE셀은 지지체 내에 형성되며, 지지체는 다시 컨테이너에 수납됨으로써 단위전지를 형성한다. 본 발명에서는 컨테이너와 지지체, 그리고 지지체와 BASE셀 간의 공간을 최소로 한다. 이에 따라 가열부에서 가열되는 열이 컨테이너, 지지체를 통해 BASE셀로 신속하고 효과적으로 전달되므로 열손실이 발생되지 않아, 전체 열전변환모듈의 효율이 향상된다. The BASE cell is formed in a support body, and the support body is again accommodated in a container to form a unit cell. In the present invention, the space between the container and the support and between the support and the BASE cell is minimized. Accordingly, since the heat heated by the heating unit is quickly and effectively transferred to the BASE cell through the container and support, there is no heat loss, and the efficiency of the entire thermoelectric conversion module is improved.

전술한 본 발명에 의하면 아래와 같은 효과가 있다.According to the present invention described above, there are the following effects.

단위전지들이 간단하게 탈부착식으로 결합될 수 있어, 열전변환모듈의 유지 및 보수가 간편해진다. Since the unit cells can be simply detachably coupled, the maintenance and repair of the thermoelectric conversion module is simplified.

또 일부 단위전지에 문제가 생겨도 전체 열전변환모듈의 성능 및 작동에는 문제가 없게 된다.In addition, even if a problem occurs in some unit cells, there is no problem in the performance and operation of the entire thermoelectric conversion module.

또 고른 열전달에 따라 열구배가 안정적으로 되기 때문에, 열효율이 향상되어 각 단위전지의 출력이 종래보다 우수하게 된다. In addition, since the thermal gradient is stabilized according to the even heat transfer, the thermal efficiency is improved and the output of each unit cell is superior to that of the prior art.

또 각 단위전지가 작동유체를 공유하지 않으므로 구조가 간단하게 된다.In addition, since each unit cell does not share a working fluid, the structure is simplified.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환모듈를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환모듈의 단위전지를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전변환모듈를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 종래 일반적인 열전변환모듈의 구조를 개략적으로 나타내는 정단면도이다.
주요 도면 부호의 설명
10: 열전변환모듈 100: 수용체
110: 몸체 112: 삽입홈
114: 접속부 116: 리드선
120: 가열부 200: 단위전지
210: BASE 220: 애노드
230: 캐소드 240: 지지체
260: 컨테이너 1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention.
2 is a front cross-sectional view schematically showing a unit cell of a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion module according to another embodiment of the present invention.
4 is a front cross-sectional view schematically showing the structure of a conventional general thermoelectric conversion module.
Description of the main reference numerals
10: thermoelectric conversion module 100: acceptor
110: body 112: insertion groove
114: connection part 116: lead wire
120: heating unit 200: unit cell
210: BASE 220: anode
230: cathode 240: support
260: container

이하 본 발명을 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through preferred embodiments with reference to the drawings.

이하 설명에 있어서, "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the following description, terms such as "include", "comprise" or "have" mean that the corresponding component may be embedded, unless otherwise stated, excluding other components. Rather, it should be construed as being able to include other components further. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms commonly used, such as those defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning in the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환모듈를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 열전변환모듈(10)는 크게 둘 이상의 단위전지(200)와, 이들 단위전지를 수용하는 수용체(100)로 구성된다. The thermoelectric conversion module 10 of this embodiment is largely composed of two or more unit cells 200 and a receptor 100 for accommodating these unit cells.

수용체(100)는 단위전지(200)를 수용하여 열원으로부터 열전달을 하는 것으로서, 본 실시예에서는 원통형 몸체(110) 형상으로 이루어진다. 원통형으로 함으로써, 수용되는 단위전지(200) 전체에 대해 고른 열전달이 이루어진다. 몸체(110)의 재질은 열전도도가 높은 금속이나 세라믹으로 이루어진다.The receptor 100 accommodates the unit cell 200 and transfers heat from a heat source, and in this embodiment has a cylindrical body 110 shape. By making it cylindrical, uniform heat transfer is achieved with respect to the entire unit cell 200 accommodated. The material of the body 110 is made of a high thermal conductivity metal or ceramic.

몸체(110)에는 단위전지(200)를 수용하기 위한 삽입홈(112)이 형성된다. 삽입홈(112)의 수는 전체 열전변환모듈(10)의 용량, 크기 등에 따라 적절히 정할 수 있으며, 본 실시예에서는 10개이다. 삽입홈(112)의 크기는 단위전지(200)가 삽입될 수 있도록, 단위전지(200) 외경보다는 커야 한다. 몸체(110)로부터 단위전지(200)로의 열전달을 용이하게 하기 위해, 삽입홈(112)의 내경은 단위전지(200)의 외경과 거의 비슷하게 형성되어, 공간을 최소로 하는 것이 열효율 면에서 바람직하다. An insertion groove 112 for accommodating the unit cell 200 is formed in the body 110 . The number of insertion grooves 112 can be appropriately determined according to the capacity, size, etc. of the entire thermoelectric conversion module 10, and in this embodiment is 10. The size of the insertion groove 112 should be larger than the outer diameter of the unit cell 200 so that the unit cell 200 can be inserted. In order to facilitate heat transfer from the body 110 to the unit cell 200, the inner diameter of the insertion groove 112 is formed to be substantially similar to the outer diameter of the unit cell 200, so it is preferable in terms of thermal efficiency to minimize the space. .

몸체(110)에는 가열부(120)가 결합된다. 가열부(120)는 몸체(110)를 통해 단위전지(200)로 열을 전달하기 위한 것으로서 본 실시예에서는 몸체(110)를 둘러싸는 원통형으로 형성된다. 이러한 형상에 따라 몸체(110) 전체를 고르게 가열할 수 있어, 열전달 효율을 높일 수 있다. A heating unit 120 is coupled to the body 110 . The heating unit 120 is for transferring heat to the unit cell 200 through the body 110 and is formed in a cylindrical shape surrounding the body 110 in this embodiment. According to this shape, the entire body 110 can be evenly heated, thereby increasing heat transfer efficiency.

한편 삽입홈(112)에는 상기 단위전지(200)와의 전기적 연결을 위한 접속부(114)가 형성되어 있다. 접속부(114)는 삽입홈(112)의 바닥에 위치하며, 단위전지(200)와 전기적으로 연결된다. 접속부(114)의 위치는 한정되지 않으며, 도 3에서처럼 삽입홈(112)의 내벽으로부터 연장될 수도 있다. Meanwhile, a connection part 114 for electrical connection with the unit cell 200 is formed in the insertion groove 112 . The connection part 114 is located at the bottom of the insertion groove 112 and is electrically connected to the unit cell 200 . The position of the connection part 114 is not limited, and may extend from the inner wall of the insertion groove 112 as shown in FIG. 3 .

접속부(114)에는 리드선(116)이 연결된다. 리드선(116)은 각 단위전지(200)에서 발생된 전기를 외부로 전달하는 집전 매체로서의 역할을 한다. 리드선(116)은 몸체(110) 내부를 통해 연장되어 열전변환모듈(10) 외부로 인출된다. 리드선(116)의 재질은 전도성 금속이며, 몸체(110)와의 절연을 위해 피복되어 있다. 각 삽입홈(112)에서 연장되어 나오는 리드선(116)은 필요에 따라 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 병렬로 연결할 경우, 각 단위전지(200) 중 일부에 문제가 생길 경우에도 전체 열전변환모듈(10)는 정상적인 작동에 문제가 없다. A lead wire 116 is connected to the connection part 114 . The lead wire 116 serves as a current collecting medium that transmits electricity generated by each unit cell 200 to the outside. The lead wire 116 extends through the inside of the body 110 and is drawn out of the thermoelectric conversion module 10 . The material of the lead wire 116 is a conductive metal, and is coated for insulation from the body 110 . Lead wires 116 extending from each insertion groove 112 may be connected in series or parallel to each other as needed. When connected in parallel, even if a problem occurs in some of the unit cells 200, the entire thermoelectric conversion module 10 has no problem in normal operation.

한편 수용체(100)에는 또한 각 단위전지(200)의 정상작동을 확인할 수 있는 모니터링 수단(미도시)이 형성될 수 있다. 모니터링 수단은 각 삽입홈에서 인출되는 리드선(116)을 통한 전력을 확인함으로써, 어떤 삽입홈(112)의 단위전지(200)가 작동하지 않는지 파악할 수 있다. On the other hand, the receptor 100 may also be provided with a monitoring means (not shown) for checking the normal operation of each unit cell 200 . The monitoring means can determine whether the unit cell 200 of which insertion groove 112 is not operating by checking the power through the lead wire 116 drawn out from each insertion groove.

단위전지(200)는, BASE(210), 애노드(220), 캐소드(230)로 이루어지는 BASE셀이 지지체(240) 내에 내장되고, 지지체(240)가 수납되는 컨테이너(260)를 포함하여 이루어진다. 이러한 단위전지(200)는 밀폐계로서 형성되며, 내부에서 작동유체(WF)가 한 사이클을 형성하는 완성된 하나의 전지로서 이루어진다. 따라서 작동유체(WF)는 단위전지(200) 내부에서만 순환하므로 다른 단위전지(200) 또는 수용체(110)와 작동유체를 공유하지 않아도 된다. The unit cell 200 includes a container 260 in which a BASE cell including a BASE 210 , an anode 220 , and a cathode 230 is built in a support 240 , and the support 240 is accommodated therein. This unit cell 200 is formed as a closed system, and is formed as a completed cell in which the working fluid WF forms one cycle. Therefore, since the working fluid WF circulates only inside the unit cell 200 , it is not necessary to share the working fluid with other unit cells 200 or the receptor 110 .

BASE(210) 내에는 작동유체(WF)가 수용된다. 애노드(220)는 작동유체(WF)가 통과하면서 전자를 내어놓도록 해주며, 캐소드(230)는 작동유체가 통과하면서 전자를 받도록 해준다. 상기 캐소드(230)의 두께는 수나노미터 내지 마이크로미터 범위에서 형성된다. 작동유체(WF)가 액체일 경우에는 애노드는 없어도 된다. The working fluid WF is accommodated in the BASE 210 . The anode 220 allows the working fluid WF to release electrons while passing, and the cathode 230 allows the working fluid to receive electrons as it passes. The thickness of the cathode 230 is formed in the range of several nanometers to micrometers. When the working fluid WF is a liquid, the anode may be omitted.

BASE(210), 애노드(220), 캐소드(230)로 이루어지는 BASE셀은 지지체(240) 내에 형성된다. 지지체(240)의 하부는 수용체(100)의 삽입홈(112)과 전기적으로 통하도록 하기 위한 인출부가 형성된다. 지지체(240)와 BASE셀 사이의 공간은 종래에 비해 좁게 형성되어 있다. 이에 따라, 열전달이 효율적으로 이루어진다. 즉 불필요한 내부공간(불용공간)이 작으므로 열응답이 빠르고, 방사와 복사로 인한 열전달율이 높고, 정온유지가 용이하다.The BASE cell including the BASE 210 , the anode 220 , and the cathode 230 is formed in the support 240 . The lower portion of the support 240 is formed with a lead-out portion for electrically communicating with the insertion groove 112 of the receptor 100 . The space between the support 240 and the BASE cell is narrower than in the related art. Accordingly, heat transfer is performed efficiently. That is, since the unnecessary internal space (unused space) is small, the thermal response is fast, the heat transfer rate due to radiation and radiation is high, and it is easy to maintain a constant temperature.

지지체(240)는 다시 컨테이너(260)에 수납됨으로써 밀폐된 단위전지(200)를 형성한다. The support 240 is again accommodated in the container 260 to form the sealed unit cell 200 .

이상 설명한 구조의 열전변환모듈(10)의 작동을 설명한다. The operation of the thermoelectric conversion module 10 of the above-described structure will be described.

우선 요구되는 개수의 단위전지(200)를 수용체(100)에 삽입한다. 이어서 가열부(120)를 작동시켜 몸체(110)의 온도를 올린다. 이에 따라 상승된 몸체(110)로부터 삽입홈에 들어 있는 단위전지(200)로 열이 전달된다. 이때 열전달이 전체적으로 균일하게 이루어지기 때문에 열구배가 안정적이어서, 단위전지(200) 내의 BASE셀이 깨어지는 일이 발생되지 않는다. 작동유체(WF)는 BASE(210)를 통과하게 되고, 이때 자유전자들은 애노드(220)를 통해 집전되고, 삽입홈(112) 하부의 접속부(114)를 거쳐 리드선(116)을 통해 인출된다. 이후 전기부하에 따른 일을 한 후 캐소드(220)를 통해 돌아온다. 이때 리드선(116)들이 직렬로 연결되면 출력을 높일 수 있다. 병렬로 연결되면 용량을 높일 수 있고, 각 단위전지(200) 중 하나에 문제가 생기더라도 전체 열전변환모듈(10)의 출력은 변화가 없어 안정적 작동이 가능하다. First, the required number of unit cells 200 are inserted into the receiver 100 . Then, the heating unit 120 is operated to increase the temperature of the body 110 . Accordingly, heat is transferred from the raised body 110 to the unit cell 200 contained in the insertion groove. At this time, since the heat transfer is performed uniformly as a whole, the thermal gradient is stable, so that the BASE cell in the unit cell 200 is not broken. The working fluid WF passes through the BASE 210 , and at this time, free electrons are collected through the anode 220 , and are drawn out through the lead wire 116 through the connection part 114 under the insertion groove 112 . After doing work according to the electric load, it returns through the cathode 220 . At this time, when the lead wires 116 are connected in series, the output can be increased. When connected in parallel, the capacity can be increased, and even if a problem occurs in one of the unit cells 200 , the output of the entire thermoelectric conversion module 10 does not change and stable operation is possible.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 이 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described through preferred embodiments, this description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will not deviate from the essential characteristics of the present invention. Various modifications and variations will be possible within the scope not provided. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (15)

둘 이상의 단위전지; 및
상기 단위전지를 탈착식으로 수용하는 수용체를 포함하며,
상기 수용체는,
둘 이상의 단위전지 삽입홈을 포함하는 몸체;
상기 몸체를 가열하기 위한 가열부; 및
상기 삽입홈에 삽입될 단위전지로부터의 전기를 인출하기 위해 상기 삽입홈으로부터 연장되는 리드선을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
two or more unit cells; and
and a receptor for removably accommodating the unit cell,
The receptor is
a body including two or more unit cell insertion grooves;
a heating unit for heating the body; and
and a lead wire extending from the insertion groove to draw electricity from the unit cell to be inserted into the insertion groove.
 청구항 1에 있어서,
상기 수용체가 원통형인 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the receptor is cylindrical.
 ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 3 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 1에 있어서,
상기 삽입홈이 2개 내지 10개인 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the insertion groove is 2 to 10.
 청구항 1에 있어서,
상기 수용체에는 상기 각 단위전지의 작동상태를 감시하기 위한 모니터링 수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the receiver further includes a monitoring means for monitoring the operating state of each unit cell.
 청구항 1에 있어서,
상기 가열부는 상기 몸체를 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
The thermoelectric conversion module, characterized in that the heating unit is formed to surround the body.
 청구항 1에 있어서,
상기 삽입홈에 상기 단위전지와의 전기 접촉을 위한 접속부가 형성되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
A thermoelectric conversion module, characterized in that a connection portion for electrical contact with the unit cell is formed in the insertion groove.
 ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 7 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 6에 있어서,
상기 접속부가 상기 삽입홈 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
7. The method of claim 6,
The thermoelectric conversion module, characterized in that the connection part is formed under the insertion groove.
 ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 8 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 6에 있어서,
상기 접속부가 상기 삽입홈 측면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
7. The method of claim 6,
The thermoelectric conversion module, characterized in that the connection part is formed on the side of the insertion groove.
 ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 9 was abandoned at the time of payment of the registration fee.◈ 청구항 1에 있어서,
상기 몸체가 금속 또는 세라믹 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the body is metal or ceramic.
 ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 10 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 1에 있어서,
상기 각 단위전지에서 인출되는 리드선들이 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
The thermoelectric conversion module, characterized in that the lead wires drawn out from each of the unit cells are connected in series.
 ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 11 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 1에 있어서,
상기 각 단위전지에서 인출되는 리드선들이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
The thermoelectric conversion module, characterized in that the lead wires drawn out from each of the unit cells are connected in parallel.
 청구항 1에 있어서,
상기 단위전지는,
BASE(Beta Alumina Solid Electrolyte), 캐소드를 포함하여 구성되는 BASE셀;
상기 BASE셀이 내장되는 지지체; 및
상기 지지체가 내장되는 컨테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
The method according to claim 1,
The unit cell is
BASE (Beta Alumina Solid Electrolyte), a BASE cell including a cathode;
a support in which the BASE cell is built; and
Thermoelectric conversion module, characterized in that it comprises a container in which the support is built.
 ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 13 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 12에 있어서,
상기 컨테이너가 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
13. The method of claim 12,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the container is made of metal.
 ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 14 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 12에 있어서,
상기 BASE셀이 애노드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
13. The method of claim 12,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the BASE cell further comprises an anode.
 ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 15 was abandoned when paying the registration fee.◈ 청구항 12에 있어서,
상기 캐소드와 연결되는 인출부가 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전변환모듈.
13. The method of claim 12,
Thermoelectric conversion module, characterized in that the lead-out portion connected to the cathode is formed in the lower portion.
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